内燃机控制装置的制作方法

专利名称：内燃机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行内燃机控制的内燃机控制装置。此外，以下，有时也将内燃机只称作“内燃机”。
背景技术：
以往，已周知如下的内燃机控制装置:基于在内燃机的排气通路上分别配置于三元催化剂(以下，有时也只称作“催化剂”。)的上游侧和下游侧的排气通路的上游侧空燃比传感器及下游侧空燃比传感器的各输出值，对向内燃机供给的混合气的空燃比(以下，也只称作“内燃机的空燃比”。)进行反馈控制。在这样的控制装置中，上游侧空燃比传感器及下游侧空燃比传感器检测从内燃机的各汽缸排出并通过排气通路的废气(以下，称作“混合废气”。)的空燃比，使用这些各传感器检测出的各自的空燃比来计算空燃比反馈量。而且，通过基于该空燃比反馈量调整分别向多个汽缸喷射的燃料的量，使内燃机的空燃比与目标空燃比一致，如此进行反馈控制。关于这样的空燃比控制，例如，在下述专利文献I中公开了根据催化剂内部的氛围(即，还原氛围或氧化氛围)来设定内燃机的空燃比(即，流入到催化剂的混合废气的空燃比)的目标空燃比(以下，也称作上游侧目标空燃比。)的排气净化装置。该以往的排气净化装置具备利用设置于催化转换器的下游侧的第2废气检测单元(下游侧空燃比传感器)检测催化转换器的氛围是还原氛围还是氧化氛围的催化剂氛围检测单元，具备当催化转换器的废气的净化状况恶化时，根据催化剂氛围检测单元的检测结果，将催化转换器的氛围调整为与上述检测结果不同的氛围的催化剂氛围调整单元。在这种情况下，具体地，上述内燃机具备能够以规定的周期、振幅在稀空燃比和浓空燃比之间强制性地调制空燃比的空燃比强制变动单元，催化剂氛围调整单元根据催化剂氛围检测单元的检测结果来调整空燃比强制变动单元的稀空燃比和浓空燃比的调制程度。另外，近年来，有时作为燃料在向内燃机供给的汽油中包含乙醇等醇。例如，关于用于所谓FFV(Flexible Fuel Vehicle，柔性燃料车)的含乙醇汽油燃料，主要已知有乙醇浓度是3%的“E3”、该浓度是85%的“E85”、作为乙醇100%燃料的“E100”等，乙醇浓度有大的变化范围。此外，在这样汽油中含有醇的情况下，以下，把这样的汽油和醇的混合燃料称作“醇混合燃料”或只称作“燃料”。然而，若向内燃机供给了这样的醇混合燃料，则与向内燃机供给只由汽油构成的燃料的情况相比，混合废气中的氢浓度变高。这样，若混合废气中的氢浓度变高了，则配置于排气通路的催化剂内部的氢浓度也由于通过的混合废气而变高。在此，因为氢作为所谓的强还原剂而起作用，所以由于催化剂内部的氢浓度上升，而使催化剂内部的氛围成为还原氛围。为此，在如上述的以往的排气净化装置那样，根据第2废气检测单元(下游侧空燃比传感器)检测的催化转换器的氛围的检测结果调制上游侧目标空燃比来进行反馈控制的情况下，若向内燃机供给了醇混合燃料，则有可能尽管催化转换器内部的氛围是还原氛围，第2废气检测单元(下游侧空燃比传感器)却误判定为氧化氛围，其结果是，有的情况不能根据催化剂内部的氛围而适当地进行设定，关于该点，下述专利文献2公开了在能够供给醇混合燃料的内燃机中，根据醇混合燃料中含有的醇的浓度(以下，称作“醇浓度”。)来修正配置于催化剂下游侧的下游侧空燃比传感器(氧浓度传感器)的检测值的偏差。专利文献1:日本特开2002-147270号公报专利文献2:日本特开平5-209549号公报然而，在向内燃机供给醇混合燃料的状况下，作为下游侧空燃比传感器误检测催化剂内部的氛围的要因，可以列举内燃机所吸入的进气流量的大小。即，若内燃机所吸入的进气流量增大了，则有时发生混合废气(具体地说，氮氧化物(NOx))没有被还原就通过催化剂内部(所谓的穿过)的情况。而且，在这种情况下，下游侧空燃比传感器输出与穿过的混合废气的空燃比相应的输出值，从而，尽管催化剂内部还是充分的还原氛围，也有可能误判定为已变化为氧化氛围。这样，在产生了误判定的情况下，上游侧目标空燃比被从比理想空燃比稀的空燃比变更为浓的空燃比。由此，由于变更为浓的空燃比而容易产生的未燃物(HC、C0等)会流入催化剂内部。在这种情况下，因为催化剂内部是还原氛围，所以流入的HC、C0等有可能没有被净化(氧化)而向外部流出。因此，一般地，在根据内燃机的运转状态使进气流量增大的情况下，考虑下游侧空燃比传感器的反应延迟和上游侧目标空燃比的控制延迟等，当使上游侧目标空燃比从理论空燃比向稀空燃比侧或浓空燃比侧变动时，通过减少该变动的幅度(以下，也称作“振幅”。)来决定上游侧目标空燃比。由此，能够相对地减少流入到催化剂内部的NOx和He、CO等的量，适当地检测出催化剂内部的氛围，并且可以防止这些排气向外部流出。然而，在从理论空燃比向稀空燃比侧或浓空燃比侧变动的振幅较小的状况下，SP使以使催化剂的净化能力激活为目的而将上游侧目标空燃比向稀空燃比侧和浓空燃比侧反复变更，有时也不能使催化剂的净化能力充分地激活，其结果是，有可能使基于催化剂的排放净化率减少了。另外，在向内燃机供给醇混合燃料的情况下，特别地，若从理论空燃比向稀空燃比侧变动的振幅变小了，则流入到催化剂内部的NOx的量会减少。因此，用于净化(还原)Ν0χ的氢的消耗量减少，催化剂内部的氢浓度维持在较高的状态，从而有可能如上述那样误检测催化剂内部的氛围。

发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供如下的内燃机控制装置:在向内燃机供给醇混合燃料的情况下，能够可靠地判定催化剂内部的氛围，反映该判定出的氛围来决定向内燃机供给的混合气的目标空燃比。用于实现这样的目的的基于本发明的内燃机控制装置(本控制装置)，应用于如下的内燃机，该内燃机具备:混合气供给单元，其向内燃机的燃烧室供给由至少包含汽油的燃料和空气构成的混合气；催化剂，其被配置于从上述燃烧室排出的废气所通过的排气通路；空燃比传感器，其至少被配置于上述催化剂下游的上述排气通路并产生与通过该排气通路的废气的空燃比相应的输出值；和目标空燃比设定单元，其基于该空燃比传感器的输出值设定上述混合气的目标空燃比。即，本控制装置应用于能够供给混合了汽油及醇的醇混合燃料的内燃机。本发明的内燃机控制装置的特征之一在于，具备氢浓度检测单元和修正单元。上述氢浓度检测单元检测从上述燃烧室排出的废气中的氢浓度。修正单元基于由上述氢浓度检测单元检测出的上述氢浓度来修正由上述目标空燃比设定单元设定的目标空燃比。根据这些，能够根据废气中的氢浓度来修正目标空燃比。由此，如果是废气中的氢浓度较高即催化剂内部的氢浓度较高的状态，则通过利用作为强还原剂的氢的还原力(换言之，消耗氢)，例如，能够对通过将目标空燃比设定为更稀的空燃比侧而增大的NOx良好地净化(还原)。而且，通过这样消耗氢，例如，可以降低催化剂内部的氢浓度，其结果是，也可以防止尽管催化剂内部还是还原氛围而误判定为已变化为氧化氛围的情况。从而，例如，通过适当地判定催化剂内部的氛围并使催化剂产生适当的净化能力，可以有效地防止排气向外部流出。另外，本发明的控制装置的另外的特征之一在于，具备进气流量检测单元。上述进气流量检测单元，检测表示上述内燃机每单位时间所吸入的空气的质量的进气流量。而且，在这样具备进气流量检测单元的情况下，上述目标空燃比设定单元可以基于由上述进气流量检测单元检测出的上述进气流量，变更表示从理论空燃比向稀空燃比侧或浓空燃比侧变动的量的振幅量，来设定上述目标空燃比。另外，上述修正单元，可以基于由上述氢浓度检测单元检测出的上述氢浓度，至少修正上述变更后的从理论空燃比向稀空燃比侧的振幅量。根据这些，因为即使是内燃机所吸入的进气流量增大并能够发生从催化剂穿过的状况下，如果是废气中的氢浓度较高即催化剂内部的氢浓度较高的状态，则也可以利用作为强还原剂的氢的还原能力，良好地净化(还原)废气中的NOx，所以能够以使得向稀空燃比侧的振幅量变大的方式来进行修正。由此，例如，能够有效地抑制在空燃比传感器中检测出穿过的NOx的情况，也可以防止尽管催化剂内部还是还原氛围而误判定为已变化为氧化氛围的情况。另外，本发明的控制装置的另外的特征之一在于，上述修正单元以由上述氢浓度检测单元检测出的上述氢浓度越高则目标空燃比成为越稀的空燃比的方式，修正由上述目标空燃比设定单元所设定的上述目标空燃比。据此，通过废气中的氢浓度越高则将目标空燃比设定为越稀的空燃比，可以使催化剂内部的氢的消耗量增加。另外，通过将目标空燃比设定为更稀的空燃比，从而以使催化剂的净化能力激活为目的而将目标空燃比向稀空燃比侧和浓空燃比侧反复变更时的变动幅度变大，而能够使催化剂的净化能力充分地激活，其结果是，可以良好地维持基于催化剂的排放净化率。另外，本发明的控制装置的另外的特征之一在于，具备醇浓度检测单元及温度检测单元。上述醇浓度检测单元检测向上述内燃机的燃烧室供给的燃料中包含的醇成分的浓度即醇浓度。另外，温度检测单元检测上述内燃机的运转状态温度(例如，冷却水温和进气温度等)。而且，在这种情况下，上述氢浓度检测单元可以基于由上述醇浓度检测单元检测出的上述醇浓度及由上述温度检测单元检测出的上述运转状态温度，检测上述废气中的上述氢浓度。
据此，不需要另外设置用于直接检测废气中的氢浓度的传感器，而可以简化控制装置的构成，并且可以实现成本降低。另外，本发明的控制装置的另外的特征之一在于，上述目标空燃比设定单元基于与下述情况相对应的上述空燃比传感器的输出值，将上述目标空燃比设定为比理论空燃比浓的空燃比，该情况是指上述催化剂内部从对流入到该催化剂的废气进行还原的还原氛围变成对流入到该催化剂的废气进行氧化的氧化氛围的情况，上述目标空燃比设定单元基于与上述催化剂内部从上述氧化氛围变成上述还原氛围这一情况相对应的上述空燃比传感器的输出值，将上述目标空燃比设定为比理论空燃比稀的空燃比。在这种情况下，上述空燃比传感器也可以是浓淡电池式氧浓度传感器。据此，目标空燃比设定单元，通过根据催化剂内部的氛围(氧化氛围或还原氛围)将目标空燃比切换为比理论空燃比浓的空燃比或比理论空燃比稀的空燃比，可以使催化剂的排放净化能力适当地发挥。即，通过使流入到催化剂的废气的空燃比迅速地成为浓空燃比侧的空燃比，能够利用已成为氧化氛围的催化剂以高净化率氧化未燃物即HC、GO等，通过使流入到催化剂的废气的空燃比迅速地成为稀空燃比侧的空燃比，能够利用已成为还原氛围的催化剂以高净化率还原氮氧化物(NOx)。本控制装置，在废气中的氢浓度较高时，通过利用氢具有的优异的还原能力，即使进气流量较多，也可以将目标空燃比设定为更稀的空燃比。在这种情况下，能够使大量的NOx净化(还原)而增大氢的消耗量，例如，使催化剂内部的氢浓度适当地减少，例如，能够使催化剂内部的氛围适当地从还原氛围变化为氧化氛围，从而可以有效地防止误检测催化剂内部的氛围的情况。从而，可以适当地检测出催化剂内部的氛围，所以可以适当地与催化齐U内部的氛围配合而将目标空燃比向稀空燃比侧或浓空燃比侧变更并进行设定，从而可以防止排气向外部流出。


图1是表示应用本发明的实施方式的控制装置的多汽缸内燃机的概略构成的图。图2是表示图1所示的催化剂、上游侧空燃比传感器及下游侧空燃比传感器被配置于排气通路的情形的图。图3是表示图1所示的上游侧空燃比传感器的输出和空燃比的关系曲线图。图4是表示图1所示的下游侧空燃比传感器的输出和空燃比的关系图。图5是表示基本空燃比控制中的上游侧空燃比和下游侧空燃比的关系的图。图6是表示针对进气流量的上游侧目标空燃比的振幅量和NOx的净化率的关系的曲线图。图7是表示图1所示的CPU执行的程序的流程图。图8是表示燃料中的醇浓度及冷却水温和混合废气中的氢浓度之间的关系的图。图9是表示混合废气中的氢浓度和上游侧目标空燃比的振幅增益之间的关系图。
具体实施例方式以下，对本发明的实施方式的内燃机控制装置(以下，也只称作“本装置”。)，参照附图进行说明。
(构成)图1表示将本装置应用于4循环火花点火式多汽缸(串联4汽缸)内燃机10的系统的概略构成。此外，图1只表示特定汽缸的截面，但其他的汽缸也具备同样的构成。该内燃机10包括:包含汽缸体、汽缸体底壳及油底壳等的汽缸体部20 ;固定于汽缸体部20上的汽缸盖部30 ;用于向汽缸体部20供给醇混合燃料的混合气的进气系统40 ；用于将来自汽缸体部20的废气向外部排出的排气系统50和用于向进气系统40供给燃料的燃料系统60。汽缸体部20包含汽缸21、活塞22、连杆23及曲轴24。活塞22在汽缸21内往复运动，活塞22的往复运动借助于连杆23被传递到曲轴24，由此该曲轴24进行旋转。汽缸21的壁表面及活塞22的上表面，与汽缸盖部30的下表面共同形成了燃烧室25。汽缸盖部30具备:与燃烧室25连通的进气口 31 ;对进气口 31进行开闭的进气门32 ;包含驱动进气门32的进气凸轮轴(图示省略)并且连续地变更该进气凸轮轴的相位角的可变进气正时控制装置33 ;可变进气正时控制装置33的致动器33a ;与燃烧室25连通的排气口 34 ;对排气口 34进行开闭的排气门35 ;包含驱动排气门35的排气凸轮(图示省略)并且连续地变更该排气凸轮的相位角的可变排气正时控制装置36 ;可变排气正时控制装置36的致动器36a ;火花塞37 ;包含产生向火花塞37给与的高电压的点火线圈的点火器38及将燃料向进气口 31内喷射的喷射器39。进气系统40具备:包含与各汽缸的进气口 31分别连接的进气歧管的进气管41 ；设置于进气管41的端部的空气过滤器42及处于进气管41内并且能够改变进气开口面积的节气门43 ;节气门43的致动器43a。在此，至少进气口 31、喷射器39、进气管41及节气门43构成混合气供给单元。排气系统50具备:与各汽缸的排气口 34分别连接的排气歧管51 ;与排气歧管51的汇集部连接的排气管52 ;和配置于排气管52中的催化剂53 (三元催化剂)。排气口 34、排气歧管51及排气管52构成了排气通路。燃料系统60具备燃料箱61及燃料供给管62。燃料箱61，例如，储存将汽油和乙醇混合了的“醇混合燃料”。此外，也可以向燃料箱61填充只由完全不包含乙醇的汽油构成的燃料及只由完全不包含汽油的乙醇构成的燃料。燃料供给管62是连接燃料箱61和喷射器39的导管。由配置于燃料箱61内的未图示的燃料泵通过燃料供给管62向喷射器39压送燃料箱61内的燃料。另一方面，该系统具备:热线式空气流量计71、进气温度传感器72、节气门位置传感器73、进气凸轮位置传感器74、排气凸轮位置传感器75、曲轴位置传感器76、水温传感器77、上游侧空燃比传感器78、下游侧空燃比传感器79、油门开度传感器81及醇浓度传感器82。空气流量计71输出与在进气管41内流动的进气的质量流量(内燃机10每单位时间吸入的空气的质量(在本发明中，也称作“进气流量”。))Ga相应的信号。进气温度传感器72输出与在进气管41内流动的进气的进气温度THA相应的信号。节气门位置传感器73用于检测节气门43的开度并输出表示节气门开度TA的信号。进气凸轮位置传感器74配置在进气凸轮轴的附近。进气凸轮位置传感器74产生进气凸轮轴每旋转90° (即，曲轴24每旋转180° )具有一个脉冲的信号。排气凸轮位置传感器75配置在排气凸轮轴的附近。排气凸轮位置传感器75产生排气凸轮轴每旋转90° (B卩，曲轴24每旋转180° )具有一个脉冲的信号。曲轴位置传感器76输出曲轴24每旋转360°具有幅度宽的脉冲的信号。该信号代表发动机旋转速度NE。水温传感器77用于检测内燃机10的冷却水的温度,输出表不冷却水温THW的信号。上游侧空燃比传感器78，如图2所示那样，被配置于从各汽缸延伸的各自的排气通路进行汇集而构成的汇集排气通路(具体地说，排气管52)中催化剂53的上游。上游侧空燃比传感器78，例如是，日本特开平11-72472号公报、日本特开2000-65782号公报及日本特开2004-69547号公报等所公开的“具备扩散电阻层的极限电流式广域空燃比传感
RH.”
O而且，上游侧空燃比传感器78产生与通过排气管52内并流入到催化剂53的混合废气的空燃比(从而，向内燃机10供给的混合气的空燃比，更具体地说，各汽缸的燃烧室25内的混合气的空燃比)相应的输出值Vabyfs (V)。利用图3所示的空燃比变换表(映射)Mapabyfs，将该输出值Vabyfs变换为由输出值Vabyfs所表示的上游侧空燃比(以下，也称作“检测空燃比”。)abyfSo另外，如图2所示那样，下游侧空燃比传感器79配置于汇集排气通路(具体地说，排气管52)中催化剂53的下游侧。下游侧空燃比传感器79是周知的电动势式氧浓度传感器(使用了稳定氧化锆的周知的浓淡电池式氧浓度传感器)。下游侧空燃比传感器79产生与从催化剂53流出的混合废气的空燃比(从而，向内燃机10供给的混合气的空燃比(更具体地说，各汽缸的燃烧室25内的混合气的空燃比)的时间平均值)相应的输出值Voxs (V)。该输出值Voxs，如图4所示那样，在下游侧空燃比afdown比理论空燃比浓时成为最大输出值max (例如，约0.9V)，在下游侧空燃比afdown比理论空燃比稀时成为最小输出值min (例如，约0.1V)，在下游侧空燃比afdown是理论空燃比时成为最大输出值max和最小输出值min的大致中间的电压Vst(例如,0.5V)。此外，当下游侧空燃比afdown(混合废气的空燃比)从比理论空燃比浓的空燃比向比理论空燃比稀的空燃比变化时，该输出值Voxs从最大输出值max向最小输出值min剧变，当下游侧空燃比afdown(混合废气的空燃比)从比理论空燃比稀的空燃比向比理论空燃比浓的空燃比变化时，该输出值Voxs从最小输出值min向最大输出值max剧变。油门开度传感器81输出表示由驾驶员所操作的油门踏板AP的操作量Accp的信号。醇浓度传感器82，例如是，如日本特开平6-27073号公报等所公开的那样的周知的静电容量型的传感器(能够使用一对电极来测定作为测定对象的相对介电常数的传感器)。醇浓度传感器82，利用醇混合燃料的相对介电常数根据其醇浓度而变化的性质，输出与流过配置了醇浓度传感器82的燃料供给管62内的部位的燃料的醇浓度(在该实施方式的内燃机10中，乙醇浓度Cetha)相应的输出值。电气控制装置90是由相互利用总线连接起来的CPU91、预先存储了 CPU91执行的例程(程序)、表(映射、函数)及常数等的R0M92、CPU91根据需要而临时地保存数据的RAM93、在投入了电源的状态下保存数据并且在电源被切断的期间也保持该保存的数据的备份RAM94以及包含AD转换器的接口 95 构成的微机。
接口 95与上述传感器71 82连接，向CPU91提供来自传感器71 82的信号，并且根据CPU91的指示向与可变进气正时控制装置33的致动器33a、可变排气正时控制装置36的致动器36a、各汽缸的点火器38、与各汽缸相对应所设置的喷射器39及节气门致动器43a发送驱动信号。(空燃比反馈控制的概要)接着，对如上述那样构成的本装置进行的且是内燃机10的各汽缸的燃烧室25内的混合气的空燃比即“内燃机的空燃比”的反馈控制的概要进行说明。〈催化剂的净化能力〉首先，催化剂53那样的三元催化剂(以下，称作“催化剂”。)，当流入的混合废气的上游侧空燃比abyfs即内燃机的空燃比为理论空燃比时，氧化混合废气中的未燃物(HC、CO等)并且还原氮氧化物(NOx)，以较高效率净化这些有害成分。另外，催化剂通常具有如下的功能(以下，称作氧吸留功能。):在上游侧空燃比abyfs (内燃机的空燃比)为稀的空燃比时，还原混合废气中的NOx，并将从NOx夺取的氧储存于内部，并且在上游侧空燃比abyfs为浓的空燃比时，利用已储存的氧来氧化混合废气中的HC、CO等。由于具有这样吸留/排出氧的氧吸留功能，即使上游侧空燃比abyfs (内燃机的空燃比)从理论空燃比偏移某种程度，催化剂也可以净化HC、C0及NOx。S卩、若上游侧空燃比abyfs成为稀空燃比(B卩，内燃机的空燃比成为稀空燃比)而使流入催化剂的混合废气中大量包含NOx，则催化剂从NOx夺取并还原氧分子并且吸留该氧分子，由此净化NOx。另外，若上游侧空燃比abyfs成为浓空燃比(即，内燃机的空燃比成为浓空燃比)而使流入催化剂的混合废气中大量包含HC、CO等，则催化剂将已吸留的氧分子提供(排出)给这些HC、CO等并氧化之，由此净化HC、CO等。从而，催化剂为了有效地净化(氧化)连续流入的大量的HC、C0等，该催化剂必须大量地储存氧，相反地为了有效地净化(还原)连续流入的大量的NOx，该催化剂必须成为能够充分地储存氧的状态。根据以上所述，催化剂的净化能力依赖于该催化剂能够储存的
最大的氧量(最大氧储存量)。另一方面，催化剂53那样的三元催化剂由于燃料中包含的铅和硫黄等而导致的中毒或者对催化剂施加的热量而劣化，与此相伴，最大氧吸留量逐步地降低。另外，若催化剂连续地持续净化(氧化)大量的HC、CO等，则储存的氧就会不足，而使净化能力降低，另夕卜，若催化剂连续地持续净化(还原)大量的NOx，则不能将氧完全储存而净化能力逐渐降低。为了抑制这样的最大氧吸留量的降低及净化能力的降低，需要反复进行控制而强制性地使上游侧空燃比abyfs(内燃机的空燃比)成为比理论空燃比浓的空燃比和比理论空燃比稀的空燃比，来重复催化剂吸留氧分子的状态(即，使催化剂内部成为氧化氛围)及排出氧分子的状态(即，将催化剂内部成为还原氛围)。<催化剂内部氛围的判定>如上述那样，为了抑制最大氧吸留量的降低及净化能力的降低，以根据催化剂内部的氛围，使上游侧空燃比abyfs成为比理论空燃比浓的空燃比和比理论空燃比稀的空燃比的方式，反复进行变更是有效的。于是，可以基于下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs，判定催化剂53吸留氧达到最大氧吸留量的附近而该催化剂53内部成为了氧化氛围，还是催化剂53排出氧达到成为“O”附近的氧吸留量而该催化剂53内部成为了还原氛围。
现在，设想内燃机10所吸入的进气流量Ga小，上游侧空燃比abyfs是稀的空燃比的情况。在这种情况下，催化剂53从流入到内部的NOx夺取氧分子并吸留，由此，流入到催化剂53内部的NOx被净化(还原)。为此，下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs比电压Vst大且在最大输出值max以下，从催化剂53流出的混合废气的空燃比即下游侧空燃比afdown成为浓的空燃比。而且，若继续净化(还原)连续流入到催化剂53内部的NOxJU催化剂53所吸留的氧分子成为最大氧吸留量，针对再有的NOx的净化能力降低。为此，在吸留氧分子并达到最大氧吸留量的催化剂53中，其内部成为氧化氛围，由于没有被净化(还原)而流出的NOx，下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs从最大输出值max向最小输出值min进行剧变。即，若下游侧空燃比afdown从浓的空燃比变化为稀的空燃比，则下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs从最大输出值max向最小输出值min进行剧变，所以可以判定催化剂53内部是否从还原氛围变化为了氧化氛围。另一方面，如果上游侧空燃比abyfs是浓的空燃比，则由于排出所吸留(储存)的氧分子而使流入到催化剂53内部的HC、C0等被净化(氧化)。为此，下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs成为比电压Vst小而在最小输出值min以上，下游侧空燃比afdpwn成为稀的空燃比。而且，若继续净化(氧化)连续地流入到催化剂53内部的HC、CO等，则催化剂53的氧吸留量大致成为“0”，针对再有的HC、CO等的净化能力降低。为此，在氧吸留量较少的催化剂53中，其内部成为还原氛围，由于流出的HC、CO等，下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs从最小输出值min剧变为最大输出值max。即，若下游侧空燃比afdown从稀的空燃比变化为了浓的空燃比，则下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs从最小输出值min剧变为最大输出值max,所以可以判定催化剂53内部是否从氧化氛围变化为了还原氛围。〈上游侧空燃比的强制性的变更(调制)>如上述那样，当上游侧空燃比abyfs是稀的空燃比时，通过净化(还原)流入到催化剂53内部的NOx，而使催化剂53内部所吸留(储存)的氧量增加到最大氧吸留量并成为氧化氛围。若这样催化剂53内部成为了氧化氛围，则有可能NOx净化能力(还原能力)降低，而使NOx流出。在这种情况下，需要迅速地将上游侧空燃比abyfs从稀的空燃比变更为浓的空燃比而使HC、CO等流入到催化剂53内部，通过净化(氧化)该流入的HC、CO等，使所吸留(储存)的氧分子排出(消耗)来使已储存的氧量减少。另一方面，如上述那样，当上游侧空燃比abyfs是浓的空燃比时，通过净化(氧化)流入到催化剂53内部的HC、CO等，催化剂53内部已吸留(储存)的氧量减少到“O”附近而成为还原氛围。若这样催化剂53内部成为了还原氛围，则有可能对作为未燃物的HC、C0等的净化能力(氧化能力)降低，而使HC、CO等流出。在这种情况下，需要迅速地将上游侧空燃比abyfs从浓的空燃比变更为稀的空燃比而使NOx流入到催化剂53内部，通过净化(还原)该流入的NOx，使储存的氧量增加。〈基本空燃比控制〉接着，对基于本装置的基本空燃比控制的概要情况进行说明。在本装置中，当内燃机10处于稳态运转状态时，如上述那样，根据下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs进行剧变这一情况，即，根据催化剂53内部是氧化氛围还是还原氛围，对上游侧目标空燃比(内燃机的目标空燃比)进行控制，以强制性地成为比理论空燃比稀的空燃比或强制性地成为比理论空燃比浓的空燃比。具体地如图5所示那样，基于下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs，当下游侧空燃比afdown是浓的空燃比时，以使得上游侧目标空燃比(内燃机的目标空燃比)成为稀的空燃比的方式进行控制，基于下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs，当下游侧空燃比afdown是稀的空燃比时，以使得上游侧目标空燃比(内燃机的目标空燃比)成为浓的空燃比的方式进行控制。另外，当下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs从最大输出值max剧变为最小输出值min时，通过将上游侧目标空燃比(内燃机的目标空燃比)从稀的空燃比变更(调制)为浓的空燃比(更具体地说，使振幅增大)来进行控制；当下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs从最小输出值min剧变为最大输出值max时，通过将上游侧目标空燃比(内燃机的目标空燃比)从浓的空燃比变更(调制)为稀的空燃比(更具体地说，使振幅增大)来进行控制。因此，本装置，控制喷射器39的燃料喷射量来对内燃机的空燃比进行反馈控制，以使得上游侧空燃比传感器78及下游侧空燃比传感器79的输出值分别与对应的传感器目标值(具体地与下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs相应而对应于比理论空燃比浓的空燃比或比理论空燃比稀的空燃比的值)一致。<基本燃料喷射量的决定>首先，对基本燃料喷射量Fbase的决定，说明一例。当决定基本燃料喷射量Fbase时，基于作为内燃机10的运转状态的发动机旋转速度NE及节气门开度TA等，决定与上游侧空燃比传感器78的输出目标值(上游侧目标值)相对应的上游侧目标空燃比abyfr(SP内燃机的目标空燃比)。如上述那样，以能够根据下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs变更为与比理论空燃比浓的空燃比或比理论空燃比稀的空燃比相对应的值的方式来预先设定该上游侧目标空燃比abyfr。另外，上游侧目标空燃比abyfr，与各汽缸的进气冲程相对应并被存储于RAM93。若这样决定了上游侧目标空燃比abyfr，则将基于规定的表而求出的迎来这次的进气冲程的汽缸的进气流量亦即汽缸内进气流量MG除以上述所决定的上游侧目标空燃比abyfr，来求出基本燃料喷射量Fbase，该规定的表是将空气流量计71计量的进气流量Ga和基于曲轴位置传感器76的输出所得到的发动机旋转速度NE作为自变量的表。
<燃料喷射量的计算>接着，对燃料喷射量Fi的计算进行说明，可通过对上述的基本燃料喷射量Fbase乘以下游侧反馈修正量及上游侧反馈修正量来求出燃料喷射量Fi。此外，作为一例，通过基于作为内燃机10的运转状态的发动机旋转速度NE及节气门开度TA等，对下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs和作为下游侧空燃比传感器的输出的目标值的下游侧目标值Voxsref的偏差，进行PID处理来求出下游侧反馈修正量。在此，以使得与下游侧目标值Voxsref相对应的下游侧目标空燃比afdownref与上述的上游侧目标空燃比abyfr总是一致的方式来设定该下游侧目标值Voxsref。另外，作为一例，基于上游侧空燃比传感器78的输出值Vabyfs和图3所示的空燃比变换表Mapabyfs，求出上游侧空燃比传感器78的当前时间点的检测空燃比abyfs，并且对该检测空燃比abyfs和上述上游侧目标空燃比abyfr之间的偏差进行PID处理，由此求出上游侧反馈修正量。本装置，通过这样，利用喷射器39向迎来这次进气冲程的汽缸喷射通过利用下游侧反馈修正量及上游侧反馈修正量对基本燃料喷射量Fbase进行修正而得到的燃料喷射量Fi的燃料。由此，本装置，能够以使得成为比理论空燃比浓的空燃比或比理论空燃比稀的空燃比的方式，对内燃机的空燃比进行反馈控制。<关于进气流量和NOx净化之间的关系>如上述那样，在强制性地变更(调制)上游侧空燃比abyfs时，基于催化剂53内部的氛围变化，换言之，基于下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs的变化。特别地，在将上游侧空燃比abyfs从稀的空燃比强制性地变更(调制)为浓的空燃比时，基于下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs从最大输出值max剧变为最小输出值min、即是否检测出了NOx。于是，在催化剂53内部，如上述那样，利用氧吸留功能，从流入的NOx夺取氧分子而还原并净化NOx。即，当催化剂53内部的氛围是还原氛围时，如果进气流量Ga小，则可以通过所流入的NOx与催化剂53内部的表面接触而进行还原。另一方面，若进气流量Ga增大了，则与催化剂53内部的表面进行接触的NOx的量相对地减少，混合废气穿过催化剂53内，有时损害对NOx的还原。具体地，因为在进气流量Ga小的情况下，相对少量的混合废气通过催化剂53内，所以混合废气中包含的NOx可以良好地与催化剂53的内部表面接触，并有效地被还原而净化。与此相对，若进气流量Ga变大了，则大量的混合废气通过催化剂53内，所以混合废气中包含的NOx不能与催化剂53的内部表面接触的部分产生，其结果是，存在没有被还原而流出(穿过)的NOx。因此，基于上述的氧吸留功能的NOx的还原净化，通过所流入的NOx与催化剂53的内部表面接触而被实现，所以可以说是依赖于混合废气通过催化剂53内的状态、更具体地说，依赖于进气流量Ga而变化。从而，为了防止NOx从催化剂53流出，换言之，为了维持催化剂53的NOx的还原效率(以下，也称作“还原率”。)，一般地，如图6所示那样，需要随着进气流量Ga增大而减小上述的基本空燃比控制中的上游侧目标空燃比的从理论空燃比向稀空燃比侧的变动量(以下，将该变动量称作振幅量。)。这样，通过针对进气流量Ga的增加而将基本空燃比控制中的振幅量变更为小，可以使穿过的NOx量相对地减少，所以可以防止NOx从催化剂53流出。此外，在图6中由实线表示的上游侧目标空燃比的振幅量和NOx的净化率之间的关系是概略地表示燃料只由汽油构成时的关系。另一方面，由于将基本空燃比控制中的从理论空燃比向稀空燃比侧的振幅量抑制为小，有可能使通过反复使催化剂53内部成为氧化氛围或还原氛围而使催化剂53具有的氧吸留功能激活的效果降低。另外，由于将基本空燃比控制中的从理论空燃比向稀空燃比侧的振幅量抑制为小，更难以实现低耗油量。<燃料中的醇浓度对催化剂内部的氛围的影响>若醇混合燃料中包含的醇浓度变大了，则如上述那样，混合废气中的氢浓度增加。因此，若向汽缸的燃烧室25内供给醇混合燃料而使混合废气流入到了催化剂53，则催化剂53内部的氢浓度增加。在此，氢作为所谓的强还原剂而起作用。从而，氢浓度增加了的催化剂53内部成为还原氛围。在这种情况下，在催化剂53内部，通过对基于如上述那样的氧吸留功能的还原氛围，加上伴随氢浓度增加的还原氛围，能够更有效地净化(还原)流入到催化剂53内部的NOx。即，催化剂53，由于伴随氢浓度增加的还原氛围，即使进气流量Ga变大也可以净化(还原)Ν0χ。由此，如图6中由虚线所示那样，催化剂53，在是等进气流量Ga时，与由实线表示的只是汽油的情况相比，即使增大基本空燃比控制中的从理论空燃比向稀空燃比侧的振幅量，也能够利用伴随于氢浓度的增加的还原氛围来净化(还原)Ν0χ，可以防止NOx的流出。其结果是，能够良好地抑制尽管催化剂53内部的氛围还是还原氛围，而由于通过穿过而流出的NOx使下游侧空燃比传感器79的输出值Voxs从最大输出值max剧变为最小输出值min,防止误判定为催化剂53内部的氛围已变化为氧化氛围。在此,为了净化(还原)由于增大基本空燃比控制中的从理论空燃比向稀空燃比侧的振幅量而向催化剂53内部大量流入的NOx而消耗催化剂53内部存在的氢。而且，通过这样防止催化剂53内部的氛围的误判定并且适当地消耗催化剂53内部存在的氢，防 止了在基本空燃比控制中尽管催化剂53内部是还原氛围，却强制性地从稀的空燃比向浓的空燃比变更(调制)的情况。从而，能够防止需要通过氧化进行净化的HC、CO等流入到内部是还原氛围的催化剂53这一情况，其结果是也能够有效地防止HC、CO等的流出。(实际的作动)接着，对本实施方式的控制装置的实际的作动进行说明。图7是表示由本装置的CPU91所执行的“根据混合废气中的氢浓度来变更基本空燃比控制的振幅量”的处理例程的流程的一例的流程图。在该例中，首先，在步骤1005中，基于从空气流量计71取得的信号，来检测进气流量Ga。继而，在步骤1010中，基于在图6中由实线所示的上游侧目标空燃比的振幅量和NOx的净化率之间的关系，计算与在上述步骤1005中检测出的进气流量Ga相对应的上游侧目标空燃比abyfr的振幅量α (以下,也将该振幅量称作基本振幅量α。)。[!卩，在该步骤1010中计算出的基本振幅量α，与燃料中的醇浓度没有关系(即，只是汽油的燃料)，只是与所吸入的进气流量Ga相对应的上游侧目标空燃比abyfr的振幅量α。这样，若在步骤1010中计算出了基本振幅量α，则在接着的步骤1015中，基于从醇浓度传感器82取得的输出值，检测出作为燃料中的醇浓度的乙醇浓度Getha，并且基于从水温传感器77取得的信号，检测出作为内燃机的运转状态温度的冷却水温THW(或基于从进气温度传感器72取得的信号，检测出进气温度THA)。而且，若这样检测出了乙醇浓度Cetha并且检测出了冷却水温THW (或进气温度THA)，则在步骤1020中，参照规定了醇浓度及水温和混合废气中的氢浓度之间的关系的图8的映射，计算与这些所检测出的乙醇浓度Cetha及冷却水温THW(或进气温度THA)相对应的混合废气中的氢浓度Ch。在此，混合废气中的氢浓度Ch(以下，也只称作“氢浓度Ch”。)，如图8所示那样，随着燃料中的乙醇浓度Cetha变大而变大。另外，氢浓度Ch，根据冷却水温THW (或进气温度THA)不同，其相对于乙醇浓度Getha增大的变化方式也不同。即，在燃料中的醇(更详细地说，燃料中的乙醇)成为难以微粒化难以燃烧的状态的冷却水温THW(或进气温度THA)较低的状况下，醇(乙醇)容易作为未燃的废气而被排出，所以氢浓度Ch随着乙醇浓度Getha的增大而大幅度地增大。另一方面，在燃料中的醇(更详细地说，燃料中的乙醇)成为容易微粒化容易燃烧的状态的冷却水温THW(或进气温度THA)较高的状况下，只有醇(乙醇)的一部分作为未燃的废气而被排出，所以与冷却水温THW(或进气温度THA)较低的状况相比，氢浓度Ch随着乙醇浓度Cetha的增大而缓慢地增大。若计算出了氢浓度Ch,则进入步骤1025。在步骤1025中，参照规定了混合废气中的氢浓度和上游侧目标空燃比的振幅增益之间的关系的图9的映射，计算与在上述步骤1020中计算出的氢浓度Ch相对应的上游侧目标空燃比abyfr的振幅增益β (以下，也只称作“振幅增益β ”。)。在此，以氢浓度Ch越高则成为例如比“I”越大的值的方式来计算振幅增益β。若计算出了上游侧目标空燃比abyfr的振幅增益β，则执行步骤1030。在步骤1030中，通过对在上述步骤1010中计算出的上游侧目标空燃比abyfr的基本振幅量α乘以在上述步骤1025中计算出的振幅增益β，来决定与燃料中的醇浓度(具体地说，是乙醇浓度Getha)相应的基本空燃比控制的振幅量，换言之，上游侧目标空燃比abyfr的振幅量(α X β )。即，混合废气中的氢浓度Ch越高，则氢浓度Ch越高的混合废气流入到催化剂53的内部，所以催化剂53内部的氢浓度Ch也越高。其结果是，在催化剂53内部，除了上述的基于氧吸留功能的NOx的还原作用以外，还利用伴随于氢浓度Ch的提高的氛围的还原氛围化来还原NOx。从而，如在图6中由虚线所示的那样，随着伴随于氢浓度Ch的提高的催化剂53内部的还原氛围化，即使进气流量Ga增加，也能够使NOx的净化率提高。如以上那样，根据本发明的实施方式(具体地说，图7所示的处理)，检测进气流量Ga(步骤1005)，计算出与该检测出的进气流量Ga相对应的上游侧目标空燃比abyfr的基本振幅量α (步骤1010)。即，在步骤1005、1010中，不论燃料中是否包含醇都进行处理。继而，检测出燃料中的醇浓度(更详细地说，是乙醇浓度Cetha)及作为内燃机10的运转状态温度的冷却水温THW(或进气温度THA)(步骤1015)，基于检测出的乙醇浓度Cetha及冷却水温THW (或、进气温度THA)，计算出混合废气中的氢浓度Ch (步骤1020)，并计算出与所计算出的氢浓度Ch相对应的振幅增益β (步骤1025)，最终计算出上游侧目标空燃比abyfr的振幅量(α X β )(步骤1030)。从而，在燃料中的醇浓度(乙醇浓度Cetha)较高即混合废气中的氢浓度Ch较高的情况下，以与混合废气中的氢浓度Ch较低的情况相比变大的方式来决定上游侧目标空燃比abyfr的振幅量(α Χβ)。由此，以将催化剂53的净化能力激活为目的，在按照图5所示的基本空燃比控制将上游侧目标空燃比abyfr反复变更为稀空燃比侧和浓空燃比侧的情况下，能够通过较大的振幅量使催化剂53的净化能力充分地激活，其结果是，能够适当地维持基于催化剂53的排放净化率。另外，在向内燃机10供给醇混合燃料的情况下，特别地，由于能够在基本空燃比控制中将从理论空燃比向稀空燃比侧的振幅量(α X β)决定得大，从而能够使流入到催化剂53内部的NOx的量增大。由此，能够使用于净化(还原)NOx的氢的消耗量增大，从而能够使催化剂53内部的氢浓度Ch适当地减少。从而，能够使催化剂53内部的氛围适当地从还原氛围变化为氧化氛围，能够有效地防止误检测催化剂53内部的氛围的情况。此外，因为能够通过利用作为强还原剂的氢来净化(还原)大量的NOx，所以也能够使催化剂53的NOx净化率大幅度地提高。此外，本发明不限定于上述实施方式，在本发明的范围内可以采用各种变形例。例如，在上述实施方式中，以检测出进气流量Ga并计算出与该检测出的进气流量Ga相应的上游侧目标空燃比abyfr的基本振幅量α的方式，进行了实施(图7的步骤1005、1010)。在这种情况下，如果与进气流量Ga无关而预先决定上游侧目标空燃比abyfr的基本振幅量α，则能够省略图7中的步骤1005、1010，以基于混合废气中的氢浓度Ch来计算振幅增益β的方式进行实施。另外，在上述实施方式中，以基于检测出的乙醇浓度Cetha及冷却水温THW(或、进气温度THA)来推定并计算混合废气中的氢浓度Ch的方式进行了实施。在这种情况下，不用说，能够通过直接检测混合废气中的氢浓度Ch来实施。此外，在这种情况下，也可以将氢浓度检测传感器配置于催化剂53的上游侧的排气管52来实施。此外，在上述实施方式中，以将上游侧目标空燃比abyfr(即内燃机的空燃比)设定为比理想空燃比浓的空燃比或比理想空燃比稀的空燃比的方式进行了实施。但是，不言而喻，能够将上游侧目标空燃比abyfr (即内燃机的空燃比)设定为理想空燃比来实施。
权利要求
1.一种内燃机控制装置，应用于内燃机，该内燃机具备:混合气供给单元，其向内燃机的燃烧室供给由至少包含汽油的燃料和空气构成的混合气；催化剂，其被配置于从上述燃烧室排出的废气所通过的排气通路；空燃比传感器，其至少被配置于上述催化剂下游的上述排气通路并产生与通过该排气通路的废气的空燃比相应的输出值；和目标空燃比设定单元，其基于该空燃比传感器的输出值设定上述混合气的目标空燃比， 该内燃机控制装置的特征在于，具备: 氢浓度检测单元，其检测从上述燃烧室排出的废气中的氢浓度；和 修正单元，其基于由上述氢浓度检测单元检测出的上述氢浓度修正由上述目标空燃比设定单元设定的目标空燃比。
2.根据权利要求1所述的内燃机控制装置，其特征在于， 具备进气流量检测单元，该进气流量检测单元检测表示上述内燃机每单位时间所吸入的空气的质量的进气流量， 上述目标空燃比设定单元基于由上述进气流量检测单元检测出的上述进气流量，变更表示从理论空燃比向稀空燃比侧或浓空燃比侧变动的量的振幅量来设定上述目标空燃比， 上述修正单元基于由上述氢浓度检测单元检测出的上述氢浓度，至少修正上述变更后的从理论空燃比向稀空燃比侧的振幅量。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机控制装置，其特征在于， 上述修正单元以由上述氢浓度检测单元检测出的上述氢浓度越高则目标空燃比成为越稀的空燃比的方式，来修正由上述目标空燃比设定单元所设定的上述目标空燃比。
4.根据权利要求1所述的内燃机控制装置，其特征在于，具备: 醇浓度检测单元，其检测向上述内燃机的燃烧室供给的燃料中包含的醇成分的浓度即醇浓度；和 温度检测单元，其检测上述内燃机的运转状态温度， 上述氢浓度检测单元基于由上述醇浓度检测单元检测出的上述醇浓度及由上述温度检测单元检测出的上述运转状态温度，检测上述废气中的上述氢浓度。
5.根据权利要求1所述的内燃机控制装置，其特征在于， 上述目标空燃比设定单元， 基于与下述情况相对应的上述空燃比传感器的输出值，将上述目标空燃比设定为比理论空燃比浓的空燃比，该情况是指上述催化剂内部从对流入到该催化剂的废气进行还原的还原氛围变成对流入到该催化剂的废气进行氧化的氧化氛围的情况， 基于与上述催化剂内部从上述氧化氛围变成上述还原氛围这一情况相对应的上述空燃比传感器的输出值，将上述目标空燃比设定为比理论空燃比稀的空燃比。
6.根据权利要求5所述的内燃机控制装置，其特征在于， 上述空燃比传感器是浓淡电池式氧浓度传感器。
全文摘要
若向内燃机供给了醇混合燃料，则检测进气流量Ga(步骤1005)，计算与该检测出的进气流量Ga相对应的上游侧目标空燃比abyfr的基本振幅量α(步骤1010)。继而，检测燃料中的醇浓度(更详细地说，是乙醇浓度Cetha)及冷却水温THW(或进气温度THA)(步骤1015)，基于检测出的乙醇浓度Getha及冷却水温THW(或、进气温度THA)来计算混合废气中的氢浓度Ch(步骤1020)，计算与计算出的氢浓度Ch相对应的振幅增益β(步骤1025)，最终计算出上游侧目标空燃比abyfr的振幅量(α×β)(步骤1030)。
文档编号F02D19/08GK103189625SQ20108000910
公开日2013年7月3日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者森田晃司 申请人:丰田自动车株式会社